礦山生態修復研究綜述

劉少君，劉博

（1.內蒙古地質勘查有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010010；2.北京礦產地質研究院，北京 100012）

礦產資源是國家經濟發展的基礎，隨著我國經濟社會發展對礦產資源的需求持續快速增長，其價格也在不斷的攀升。在礦產資源勘查開發過程中，由于過度的開采或不加保護的開采已經對礦山生態環境帶來無法挽回的損害，這不但嚴重威脅礦區生態系統和居民的健康，而且也不利于企業可持續發展。因此，人類在獲取礦產資源的同時，對礦山生態環境進行恢復治理已經迫在眉睫。礦山生態修復作為踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的重要抓手，受到越來越多學者的關注和研究，本文就礦山地質環境問題類型、礦山生態修復概念、礦山生態修復技術以及現階段礦山生態修復存在問題進行了歸納總結。

1 礦山地質環境問題

礦山環境問題是人類大規模礦業工程活動生命全周期過程中對其周圍環境產生的負面效應和不良結果。根據以礦業活動導致地質環境問題的結果可劃分為五類：土地資源損毀、水環境擾動、大氣污染、礦山地質災害、景觀與生態破壞（圖1）。礦山地質環境問題受控于地質環境背景、礦產資源種類、礦產類型、開發方式與工藝等因素。

2 生態修復定義

生態修復是在生態學原理指導下，借助物理修復與化學修復以及工程技術措施加以強化或條件優化，使污染環境得以修復[1]。

礦山生態修復指將采礦破壞的生態環境因地制宜地恢復到所期望狀態的行動和過程[2]。所期望的狀態包括將受損生態系統恢復到被干擾之前的生態結構，人為地創造或促進生態系統發展成符合人類某種有益用途的狀態，恢復成與其周圍環境相協調融合的其他狀態[3]。

礦山生態修復是以生態環境恢復為核心，研究如何因地制宜、因礦施治，開展礦山生態環境修復工作，從而取得生態、經濟、社會的最佳綜合效益[4]。

圖1 礦山地質環境問題分類

綜上，礦山生態修復是指受損礦山生態系統在停止人為破壞后，借助生態系統的自我調節、恢復、進化功能，輔助以人工良性干預措施，推動其向有序的、良性循環方向發展。

3 生態修復理論研究

3.1 生態演替理論

生態修復的基本理論指導是生態演替理論[4]，一般指在一定區域范圍內，原有生物群落可以暫時或者永久消失，而被新的生物群落所替代。也就是說在自然條件下，如果生物群落或生態系統遭到擾動和破壞，它仍然可以恢復的，人為干預可以加速其演替時間，亦可以改變其演替方向。因此，礦山生態修復應按照生物群落或生態系統自身的演替規律循序漸進展開，堅持自然修復和人為干預相結合原則。

3.2 物質循環再生原理

物質循環再生原理：物質和能量在生態系統中循環往復，分級利用和再生的過程。在生態系統中，通過生物成分一方面從自然界中攝取非生物成分并不斷地合成新的物質，另一方面又隨時把合成物質分解為原來的簡單物質，其被生態系統中生產者重新吸收利用，如此循環往復，便“取之不盡，用之不竭”。礦山生態修復應極大程度依靠生態系統自身力量來實現自我修復。

3.3 地域分異原理

地域分異原理：又稱作區域分異原理，自然地理各要素（氣溫、地質、土壤、水文以及植物、動物和微生物等）及其綜合特征在地表沿一定方向分化或分布的規律性現象。不同的地理環境或者同一地理環境的不同地段，由于地質、地貌、氣候、水文、土壤和生物六大因素存在差異性，導致礦山生態系統具有明顯區域分異，在生態修復規劃時，應根據區域差異性、特殊性因地制宜選擇合適的生態修復措施。

3.4 生態閾值理論

生態系統具有自我調節、自我平衡穩定的能力，但是這種能力是有限度的，生態系統對外來干擾的忍耐極限稱之為“生態閾值”。當生態系統受到的外界干擾在其生態閾值范圍內，其能夠通過自我調節恢復到穩定狀態，但是生態系統對外界干擾都有一定的忍耐極限。當外界干擾超過其生態閾限時，就會降低或失去其自我調節平衡能力。此時，穩定狀態被打破，當外界擾動太大而且持久，就會引起生態系統結構和功能的衰退、崩潰。因此，當礦業活動擾動不超過生態閾值，退化的礦山生態系統就能自然恢復。

4 有色金屬礦山生態環境修復技術

4.1 自然修復技術

自然修復是受人為干擾或非人為干擾的生態系統，憑借自身調整、更新、適應性改變等恢復力，輔以生物因素恢復技術、封育技術等，在不通過大規模的工程措施恢復到原有生態系統結構和功能基礎上的生態修復方法[5]。

（1）封山（沙）育植（林灌草）技術，通過設置圍欄、警示牌等避免人為擾動，采取靈活多樣的封育方式（長期、定期、輪流等）保證生態系統自我恢復的技術。

（2）生物因素恢復技術，包括人工種子庫撒播技術和動物技術。人工種子庫撒播技術即充分利用生態系統已"儲存"資源進行植被群落的修復，一般選取具有較高萌發率、生長速度快、能夠適應當地立地條件的鄉土植物的種子，按照一定配比進行混合播種，前期以草本植物為主，灌木為輔，草灌結合，為后期要為灌木和小喬木的生長創造條件。

動物技術即科學利用動物習性，促進生態系統修復的技術。例如：水體富營養化河道引入濾食性動物，蝴蝶、蜜蜂因傳粉作用常用于作物增產的有效媒介等。

4.2 生物修復技術

生物修復技術通過綜合利用動物、植物、微生物的新陳代謝活動——吸收、轉化、降解土壤環境和水環境有害物質，使土壤和水環境中污染物得以去除和穩定，從而提高或改善其質量。它的優點是可以原位進行，對環境影響小，能最大限度地降低污染物濃度，同時一般不會形成二次污染；缺點是耗時長，應用條件相對苛刻（生物新陳代謝易受環境條件變化的影響）、修復效果不穩定，并非所有有害物質都能被生物所利用。生物修復技術包括動物修復、植物修復、微生物修復、菌根生物修復、現代生物修復技術等五種[6]。

4.3 土壤修復技術

土壤為植物生長提供養分和水分，同時也作為植物根系伸展、固持的介質，對礦山生態修復起著決定性作用。礦山生態修復重要目標之一是修復受損害土地的特性，使其生產力達到礦業活動前所能達到的程度或比受損前更好。目前土壤修復的主要技術方法有物理、化學、生物和組合技術。

物理修復包括表土分層保存、換土、客土混合機深耕翻土等方法，根據礦山地質環境條件選擇不同方法。礦業活動前將表土分層取走保存，工程結束后對損毀的土地進行修復時將之前保存的土壤運回加以利用，這種方法已成為許多國家當前踐行綠色礦山理念的標準程序。土壤物理修復的關鍵是覆蓋、培育與維持表土，改良土壤結構，構建植被覆蓋，有效控制土壤侵蝕。

化學修復過程中通常向土壤中加入材料或試劑來改良土壤的理化性質，實踐表明在礦山受損土壤中加入有機廢棄物（無毒有機污水污泥、垃圾等）、有機添加劑（堆肥、糞肥等）、無機添加劑（采石廢棄物、石灰、石膏、木屑等）等，能夠有效提高土壤養分。木屑可以顯著提高草本、灌木和喬木的存活率，城市污泥也被應用于礦山土壤改良，其中含有豐富的營養元素和有機質，同時具有較強的粘性和持水性，對于提高土壤微生物活性和增加土壤肥力有較好效果。化學修復從總體上可以分為兩大類：原位化學修復和異位化學修復。原位修復可進一步分為農耕法、中耕法、螺鉆法、灌溉法、噴霧法、可滲透性化學活性柵（PRB）技術。

物理-化學組合修復技術一般采用固化/穩定化過程來消除有害物質或污染介質中的污染物，比如水泥—石灰固化/穩定化修復技術、水泥-火山灰固化/穩定化修復技術。這種方法成功與否，主要取決于是否選擇了與環境介質中污染物能進行特定混合作用的束縛劑。

生物改良是通過利用植物、土壤動物和微生物的生命活動及其代謝產物來改良土壤的理化性質和土壤營養狀況。

4.4 礦井水污染控制與資源化技術

對酸性礦井水處理的中和法、生物化學法、濕地生態工程法、反滲透法等，對高礦化度礦井水脫鹽的化學法、熱力法、膜分離法等，含有毒、有害元素或放射性元素礦井水的混凝、沉淀、吸附、離子交換和膜技術處理方法等。

5 結語

礦山生態修復不單單是自然生態系統的修復，同時還要考慮與自然生態系統相匹配的社會、經濟系統的修復[7]。不同國家和地區由于自然環境和社會經濟發展水平不同，礦山生態修復的目的也有所不同，但是其內涵和目的逐漸趨向于更綜合的生態問題。當前我國礦山生態修復的突出問題：

（1）制定的生態修復目標缺乏科學性和合理性

在礦山生態修復的實踐中，常以園藝方法來取代重建生態系統功能和結構的整體修復。礦山生態修復絕不僅僅是簡單復綠，恢復生態系統功能也不等于植被恢復。

（2）尚未形成公認的鑒定礦山生態修復程度的評價指標體系

探索一套科學、實用、有效的生態修復評價體系，對礦山生態修復效果做出合理、準確的判斷和評價，從而及時調整生態修復目標和技術方法。

（3）礦山生態修復成效缺乏系統性和長期性的監測體系和監管機制

礦山生態修復工程浩大，而工程結束恰恰是土地質量提高、植物生長、生態系統發展和穩定的起始點，這就意味著礦山生態修復必須進行長期監測，只有通過長期、系統性的監測，才能評估礦山生態修復措施及工程的成效。